(57)【要約】【課題】熱膨張および熱収縮を利用せず、ブレード先端とシール面との間に所望の隙間をもたらす。【解決手段】モータ５９およびギア機構６２に連結したタワーシャフト６０により、低圧または高圧圧縮機の一方がシュラウドに対して移動する。ギア機構６２は、ロータアッセンブリに連結し、かさ歯車６６およびボールねじ型アクチュエータ７０に取り付けられた  かさ歯車６８を備える。アクチュエータ７０の部材７４が回転すると、部材７６が部材７４に対して軸方向に動き、その結果、部材７６に取り付けられたロータアッセンブリも軸方向に動く。シュラウドのブレードシール面およびブレード先端部は、ロータ中心線に対し傾斜しているので、ロータアッセンブリが軸方向に動くと、両者間の隙間が変化する。【選択図】図６
2006189048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる回転軸の周囲を回転可能であるとともに、ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードをそれぞれ有する１つまたは複数ロータアッセンブリと、
前記１つまたは複数のロータアッセンブリの半径方向外側に配置されるとともに、ブレードシール面を有する１つまたは複数シュラウドセグメントであって、前記ブレード先端部およびブレードシール面が、互いに対応する円錐形に沿った幾何学形状を有し、かつ前記ブレード先端部とブレードシール面との間に延びる隙間距離を有する１つまたは複数のシュラウドセグメントと、
前記隙間距離を変えるために、前記シュラウドセグメントおよび前記ロータアッセンブリの一方または両方を、前記シュラウドセグメントおよび前記ロータアッセンブリの他方に対して、軸方向に動かすように選択的に運転可能であるアクチュエータと、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジン圧縮機。
【請求項２】
前記アクチュエータが、ねじ機構を備え、前記ねじ機構の少なくとも一部が回転すると、前記シュラウドセグメントおよびロータアッセンブリの一方または両方が、前記シュラウドセグメントおよびロータアッセンブリの他方に対して軸方向に移動するように、前記ねじ機構が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記ねじ機構が、前記１つまたは複数のシュラウドセグメントに対して固定した状態で配置された部材と、前記１つまたは複数のロータアッセンブリに対して可動に配置された部材との間にねじ噛合を備えることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記ねじ機構が、ボールねじアッセンブリを備えることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記ボールねじアッセンブリが、回転可能な第１の部材と、前記１つまたは複数のロータアッセンブリに取り付けられた第２の部材と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮機が、互いに連結した複数のロータアッセンブリを備え、前記アクチュエータが、前記１つまたは複数のシュラウドセグメントに対して、前記複数のロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記圧縮機が、低圧圧縮機および高圧圧縮機を備え、前記アクチュエータが、前記高圧圧縮機内において、１つまたは複数のシュラウドセグメントに対して複数のロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能であることを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。
【請求項８】
前記圧縮機が、低圧圧縮機および高圧圧縮機を備え、前記アクチュエータが、前記低圧圧縮機内において、１つまたは複数のシュラウドセグメントに対して複数のロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能であることを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。
【請求項９】
前記隙間距離を検知する１つまたは複数のセンサをさらに備える請求項１に記載の圧縮機。
【請求項１０】
１つまたは複数のナイフエッジシールをさらに備え、各シールが、ナイフエッジ部および摩耗性パッドを有し、前記摩耗性パッドの各々が、前記ナイフエッジ部と前記摩耗性パッドの相対的な軸方向の異なった位置において異なったシールギャップをもたらす予備成形されたチャネルを備えることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項１１】
ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードをそれぞれ有する１つまたは複数のロータアッセンブリと、
前記１つまたは複数のロータアッセンブリの半径方向外側に配置されるとともに、１つまたは複数のブレードシール面を有するシュラウドであって、前記１つまたは複数のロータアッセンブリの各々における前記ブレード先端部が、前記１つまたは複数のブレードシール面の少なくとも１つと対応する円錐形に沿った幾何学形状を有し、かつ前記ブレード先端部と前記ブレードシール面との間に延びている隙間距離を有するシュラウドと、
前記シュラウドに対して、前記１つまたは複数のロータアッセンブリを軸方向に動かして前記隙間距離を変えるように選択的に運転可能であるアクチュエータと、
を備えるガスタービンエンジン圧縮機。
【請求項１２】
前記アクチュエータが、ねじ機構を備え、前記ねじ機構の少なくとも一部が回転すると、前記シュラウドに対して、前記ロータアッセンブリが軸方向に動くように前記ねじ機構が取り付けられていることを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機。
【請求項１３】
前記ねじ機構が、前記シュラウドに対して固定した状態で配置された部材と、前記１つまたは複数のロータアッセンブリに対して可動に配置された部材との間にねじ噛合を備えることを特徴とする請求項１２に記載の圧縮機。
【請求項１４】
前記ねじ機構が、ボールねじアッセンブリを備えることを特徴とする請求項１２に記載の圧縮機。
【請求項１５】
前記ボールねじアッセンブリが、回転可能な第１の部材と、前記１つまたは複数のロータアッセンブリに取り付けられた第２の部材と、を備えることを特徴とする請求項１４に記載の圧縮機。
【請求項１６】
ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードをそれぞれ有する１つまたは複数のロータアッセンブリと、
前記１つまたは複数のロータアッセンブリの半径方向外側に配置されるとともに、１つまたは複数のブレードシール面を有するシュラウドであって、前記１つまたは複数のロータアッセンブリの各々における前記ブレード先端部が、前記１つまたは複数のブレードシール面の少なくとも１つと対応する円錐形に沿った幾何学形状を有し、かつ前記ブレード先端部と前記ブレードシール面との間に延びている隙間距離を有するシュラウドと、
前記隙間距離を変えるように前記シュラウドに対して前記１つまたは複数のロータアッセンブリを選択的に軸方向に動かす手段と、
を備えるガスタービンエンジン圧縮機。
【請求項１７】
ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードを有するロータアッセンブリと、
前記ロータアッセンブリに隣接して配置されたステータアッセンブリと、
前記ロータアッセンブリに取り付けられたナイフエッジ部と、前記ステータアッセンブリに取り付けられた摩耗性パッドと、を有するナイフエッジシールであって、前記摩耗性パッドが、前記ナイフエッジ部と前記摩耗性パッドの相対的な軸方向の異なった位置において異なったシールギャップをもたらすように予備成形されたチャネルを備えるナイフエッジシールと、
前記シールギャップを変えるために、前記ステータアッセンブリに対して前記ロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能なアクチュエータと、
を備えるガスタービン圧縮機。
【請求項１８】
ガスタービン圧縮機内におけるブレード先端隙間を制御する方法であって、
ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードをそれぞれ有する１つまたは複数のロータアッセンブリを有する圧縮機と、前記ロータアッセンブリの半径方向外側に配置されるとともに１つまたは複数のブレードシール面を有するシュラウドと、を提供するステップであって、前記１つまたは複数のロータアッセンブリの各々における前記ブレード先端部が、前記１つまたは複数のブレードシール面の少なくとも１つと対応する円錐形に沿った幾何学形状を有し、かつ前記ブレード先端部と前記ブレードシール面との間に延びる隙間距離を有する１つまたは複数のロータアッセンブリを提供するステップと、
前記シュラウドに対して、前記１つまたは複数のロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能なアクチュエータを提供するステップと、
前記隙間距離を変えるために前記アクチュエータを用いて、前記シュラウドに対して前記１つまたは複数のロータアッセンブリを軸方向に動かすステップと、
を含むブレード先端隙間制御方法。
【請求項１９】
所定の運転条件の設定に対して、前記ブレード先端部と前記ブレードシール面との間に延びる所望の隙間距離を設定するステップと、
前記ブレード先端部と前記ブレードシール面との間に延びる実際の隙間距離を検知するステップと、
差分値を確定するために、前記所望の隙間距離と前記の検知された実際の隙間距離とを比較するステップと、
前記差分値を減少させる方向に前記アクチュエータを用いて前記１つまたは複数のロータアッセンブリを前記シュラウドに対して軸方向に動かすステップと、
をさらに含む請求項１８に記載の制御方法。
【請求項２０】
ガスタービンエンジン内におけるナイフエッジシールギャップを制御する方法であって、
ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードを有する少なくとも１つのロータアッセンブリと、前記少なくとも１つのロータアッセンブリに隣接して配置されたステータアッセンブリと、を提供するステップと、
前記少なくとも１つのロータアッセンブリに取り付けられたナイフエッジ部と、前記ステータアッセンブリに取り付けられた摩耗性パッドと、を有する少なくとも１つのナイフエッジシールを提供するステップであって、前記摩耗性パッドの各々が、前記ナイフエッジ部と前記摩耗性パッドの異なった相対的な軸方向の位置において異なったシールギャップをもたらすように予備成形されたチャネルを備えるナイフエッジシールを提供するステップと、
前記ステータアッセンブリに対して、前記少なくとも１つのロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能なアクチュエータを提供するステップと、
前記シールギャップを変えるために、前記アクチュエータを用いて前記ステータアッセンブリ対して前記少なくとも１つのロータアッセンブリを軸方向に動かすステップと、
を含む制御方法。
【請求項２１】
ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードをそれぞれ有する１つまたは複数のロータアッセンブリと、
前記１つまたは複数のロータアッセンブリの半径方向外側に配置されるとともにブレードシール面を有する１つまたは複数のシュラウドセグメントであって、前記ブレード先端部およびブレードシール面が、互いに対応する円錐形に沿った幾何学形状を有し、かつ前記ブレード先端部とブレードシール面との間に延びる隙間距離を有する１つまたは複数のシュラウドセグメントと、
前記シュラウドセグメントおよび前記ロータアッセンブリの一方または両方を、前記シュラウドセグメントおよび前記ロータアッセンブリの他方に対して、軸方向に動かして前記隙間距離を変えるように選択的に運転可能なアクチュエータと、
を備えるガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンにおけるブレード先端隙間に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流型タービンエンジンにおいては、空気は、圧縮機で圧縮され、燃焼室で燃料と混合されて、燃焼され、１つまたは複数のシャフトを介して圧縮機を駆動するタービンを通って膨張する。そのようなエンジンの総合効率は、他の要素の中でも、圧縮機が空気を圧縮する効率の関数である。圧縮機は、通常、タービンの低圧タービンに連結したシャフトにより駆動する低圧圧縮機と、タービンの高圧タービンに連結したシャフトにより駆動する高圧圧縮機と、を備える。高圧および低圧の圧縮機は、多段式であり、圧縮機において、空気は、回転軸（長手方向の軸）と同心である一連のロータおよびステータを通って軸方向に流れる。
【０００３】
段は、連続して配列されている。各段により、エンジンを通る空気が圧縮されて空気の圧力が徐々に増加する。圧縮機を通した全圧力の増加は、各段を通る徐々に増す圧力増加の合計であり、あらゆる流体損失に適応される。したがって、ガスタービンエンジンの効率を最大限にするためには、所定の燃料流において、圧縮機の各段に亘る圧力上昇（以下、圧力比と呼ぶ）を最大限にすることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
効率など種々の理由により、ロータのブレード先端部と、ロータを囲むケーシングとの間の隙間を最小限にすることが非常に望ましい。ブレード先端の隙間を維持する従来技術の解決策としては、ロータを囲むケーシングの半径方向の部分を巧みに利用する摩耗性（アブレイダブル）隙間制御システムや能動的な隙間制御システムを使用することがある。摩耗性システムの問題は、シールが一度摩耗してしまうと調節ができなくなることにある。一度設置されると、ロータおよびケーシングの熱的および遠心の反応力によってのみ、隙間が決定される。従来技術の能動的隙間システムの問題は、その応答時間にある。従来技術の能動的隙間システムでは、冷却空気の流れ（または流れの欠如）をメカニズムとして用いて、熱膨張や熱収縮によりケーシングを動かし、それにより、所望の隙間をもたらす。そのようなシステムにおいては、ケーシングの熱応答時間、およびケーシングの熱応答とロータディスクの熱応答との不整合による影響を受けやすい。
【０００５】
図１は、従来技術のガスタービンエンジンにおける典型的なブレード先端隙間と応答時間とのグラフである。位置Ａにおいて、エンジンは定常アイドリング状態（すなわち、回転数（ｒｐｍ）が低く、かつコアガス温度が低い状態）で動いている。位置Ｂでは、エンジンが急加速される（例えば、離陸のための加速）。加速の結果、ブレード先端隙間は、大幅に減少して、位置Ｃで隙間が最小限に達する。この位置における隙間の変化は、ロータアッセンブリの遠心荷重およびブレードの熱膨張の結果によるロータアッセンブリの機械的成長が、ほぼ全面的な要因である。
【０００６】
加速に伴うコアガスの温度上昇により、次にロータアッセンブリを囲むケーシングの半径方向の熱膨張が生じる（位置Ｃから位置Ｄへ）。位置Ｄと位置Ｅとの間における隙間の減少は、結果生じたロータディスクの熱膨張が要因である。ロータアッセンブリ（特にロータディスクにおいて）の質量がより大きいため、ケーシングの熱応答と比べて、ロータアッセンブリの熱応答は遅くなる。位置Ｅにおける結果生じた隙間の安定は、ディスク、ブレード、ケーシングの最終的な温度、遠心による引力、およびロータアッセンブリとケーシングの各部品の熱膨張係数の関数である。
【０００７】
位置Ｅと位置Ｆとの間における隙間の大幅な増加は、減速の結果として引き起こる。減速により、ロータアッセンブリにかかる遠心荷重が減少するとともに、ブレードが急速に冷却されるため、その結果、ロータアッセンブリの機械的成長が減少する。通常の条件では、隙間は、位置Ｆと位置Ｉとの間に延びている線で示したように減少する。しかし、ここで再び、隙間は、ディスクおよびケーシングの熱応答に応じて決定される。
【０００８】
位置Ｇと位置Ｈとの間において急加速された場合、従来技術の圧縮機における隙間は、著しく減少する。以下の（１）〜（３）の組合せにより、隙間が減少する。（１）ほぼ直後のロータアッセンブリの機械的成長、（２）減速の後のケーシングの相対的に早急な熱応答速度の結果、先に減少していたケーシングの内径、（３）ロータアッセンブリの相対的に遅い熱応答によりロータアッセンブリが減少していないこと。（２）および（３）の要素に関しては、ケーシングとロータアッセンブリとの間の熱応答の差により、ケーシングは、実質的に熱膨張する前の寸法に既に戻っているが、ロータアッセンブリが、熱膨張する前の寸法に戻っていないという状態が生じる。結果生じたシールの摩耗が、位置Ｈに示されている。従来技術のガスタービンエンジンにおいては、位置Ｈにおける隙間は、最悪の状態の隙間として選択されることが多く、ブレード先端隙間は、位置Ｈに存在する運転状態にも適応するように設計されている。その結果、ブレード先端／ケーシングの隙間は、位置Ｈにおいて最小限となるが、これは正常の運転条件（例えば、位置Ａ〜Ｇ）下での最適値よりも小さい。
【０００９】
したがって、ガスタービンエンジンの過渡状態および定常状態の運転の間、所望のブレード先端隙間を維持する改善された装置および方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、１つまたは複数のロータアッセンブリ、１つまたは複数のシュラウドセグメントおよびアクチュエータを備えるガスタービンエンジン圧縮機が提供される。ロータアッセンブリは、軸方向に延びる回転軸の周囲を回転可能であり、各ロータアッセンブリは、複数のブレードを有する。各ブレードは、ブレード先端部を有する。１つまたは複数のシュラウドセグメントは、１つまたは複数のロータアッセンブリの半径方向外側に配置されたブレードシール面をそれぞれ備える。ブレード先端部およびブレードシール面（まとめてブレードシール面と呼ぶ）は、互いに対応する円錐形に沿った幾何学形状をしており、ブレード先端部とブレードシール面との間に延びる隙間距離を有する。ブレード先端部とブレードシール面は、圧縮機の軸方向中心線に対してある角度（０°より大きい角度）で配置されている。アクチュエータは、選択的に運転可能であり、シュラウドセグメントおよびロータアッセンブリの一方または両方を、シュラウドセグメントおよびロータアッセンブリの残りの一方に対して動かして、半径方向の隙間距離に影響する軸方向の位置を変える。
【００１１】
本発明の利点は、ガスタービンエンジンの効率を向上させるメカニズムを提供することである。シュラウドセグメントとロータアッセンブリとの間の隙間の調節を実現し得る速度により、効率の向上が可能となる。本発明のアクチュエータにより、１つまたは複数の構成部品の熱膨張および熱収縮を介して調節するシステムにおいてかかる時間と比べ、僅かな時間でシュラウドセグメントまたはロータアッセンブリの一方あるは両方が軸方向に移動する。その結果、熱膨張および熱収縮によるブレード隙間システムを用いるエンジンと比べ、本発明を用いるエンジンのブレード先端部とシュラウドブレードシール面との間における最小限に設計された隙間は、より小さくなっている。
【００１２】
本発明の別の利点は、本発明により、ブレード先端部とシュラウドブレードシール面との間の隙間が、運転中に選択的に調節されることである。
【００１３】
本発明の他の利点は、本発明により、ブレード先端部とシュラウドブレードシール面との間の隙間が、摩耗に適応するように選択的に調節されることである。
【００１４】
本発明の別の利点は、ナイフエッジと摩耗性パッドシールのペアの内側の隙間が、運転中に選択的に調節されることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図２および図３を参照すると、ファン部１２、圧縮機１４，燃焼室１６およびタービン１８を備えたガスタービンエンジン１０が概略的に図示されている。エンジン１０は、軸方向に延びる中心線２２を有する。外気は、ファン部１２からエンジン１０に流入する。流入した空気の大部分は、その後、コアガス流として圧縮機１４、燃焼室１６およびタービン１８を通ってノズルから流出する。
【００１６】
圧縮機１４は、単一のユニットであってもよいし、低圧圧縮機２４および高圧圧縮機２６に分割されていてもよい。低圧圧縮機２４および高圧圧縮機２６の各々（または、単一の圧縮機ユニット）は、複数のステータアッセンブリ２８およびロータアッセンブリ３０を備える。ステータアッセンブリ２８は複数のセグメントを備えており、各セグメントは、内側プラットフォームと外側プラットフォームとの間に設けられた１つまたは複数のステータベーンを有する。各ステータアッセンブリ２８のセグメントにより、ロータアッセンブリ３０に隣接して配置された環状の構造物が集合的に形成される。
【００１７】
各ロータアッセンブリ３０は、複数のブレード３２と、エンジン１０の軸方向に延びる中心線２２の周囲を回転可能なディスク３４と、を備える。ディスク３４は、ハブ３６と、リム３８と、それらの間に延びているウエブ４０と、を有する。ブレード３２は、リム３８に取り付けられ、このリム３８から半径方向外側に延びている。各ブレード３２は、軸方向の中心線２２に対してある角度で設けられた先端部４２を有し、この先端部４２の角度は、０°より大きい（すなわち、ブレード先端部の角度は、軸方向中心線２２と平行ではない）。特定のロータアッセンブリ３０における各ブレード３２のブレード先端の角度は、いずれのブレード３２も同じである。しかし、異なったロータアッセンブリ３０においては、ブレード先端角度が異なっていてもよい。低圧圧縮機２４内の複数のロータアッセンブリ３０は、機械的に互いに取り付けられているため、一体的に回転する。高圧圧縮機２６内の複数のロータアッセンブリ３０もまた、互いに機械的に取り付けられているため、一体的に回転する。
【００１８】
シャフトにより、圧縮機１４はタービン１８と連結している。低圧圧縮機２４および高圧圧縮機２６を含んだ実施例においては、高圧圧縮機２６は、第１のシャフト４４（ＨＰシャフト）により高圧タービン４６と連結しており、低圧圧縮機２４は、第２のシャフト４８（ＬＰシャフト）により低圧タービン４９と連結している。
【００１９】
図３および図４を参照すると、周方向に延びるシュラウド５２が、各ロータアッセンブリ３０の半径方向外側に設けられている。各シュラウド５２は、１つのセグメントまたは複数のセグメントから構成されていてもよい。シュラウド５２は、ロータアッセンブリ３０のブレード先端部４２と半径方向に並んだブレードシール面５４を備える。ブレードシール面５４は、ロータアッセンブリ３０のブレード先端部の角度と実質的に同じ角度で設けられている。すなわち、ブレード先端部の角度とシュラウドのブレードシール面５４の角度は、実質的に同じであるとともに、軸方向の中心線２２に対して、０°を超える所定の角度で配置されている。ブレードシール面５４の半径方向内側に位置するロータブレード先端部４２の形態は（シール面５４および先端部４２のどちらも軸方向の中心線２２に対して、０°を超える所定の角度を有する）、対応する円錐形の幾何学形状に沿ったものとなる。ブレード先端部４２とブレードシール面５４との間に延びる距離５６は、ロータアッセンブリ３０とシュラウド５２との間の隙間距離５６と呼ばれる。
【００２０】
圧縮機１４のロータアッセンブリ３０は、アクチュエータ５８に取り付けられている。
アクチュエータ５８は、シュラウド５２のセグメントおよびロータアッセンブリ３０の一方または両方を、それらの残りの一方に対して軸方向に動かすように選択的に運転可能である。シュラウド５２のセグメントおよびロータアッセンブリ３０の一方または両方が、それらの残りの一方に対して相対的に動くことにより、ロータアッセンブリ３０が配置された圧縮機１４（つまり圧縮機１４の低圧圧縮機２４および高圧圧縮機２６）の各段におけるブレード先端部４２とブレードシール面５４との間の隙間距離５６が変化する。
【００２１】
図３および図６に示された実施例においては、アクチュエータ５８は、モータ５９（例えば、図示した油圧モータ）を備える。モータ５９は、エンジン１０の軸方向中心線２２に概ね垂直に設けられたタワーシャフト６０（以下、「隙間駆動」タワーシャフト６０と呼ぶ）に連結している。隙間駆動タワーシャフト６０により、低圧圧縮機２４または高圧圧縮機２６の一方がシュラウド５２に対して可動となる。例示するために、図３では、高圧圧縮機２６に機能的に連結したアクチュエータ５８を図示している。別の実施例では、アクチュエータ５８を低圧圧縮機２４に連結させてもよいし、独立したアクチュエータ５８を低圧圧縮機２４および高圧圧縮機２６にそれぞれ連結させてもよい。隙間駆動タワーシャフト６０の一方の端部は、機能的にモータ５９に連結している。隙間駆動タワーシャフト６０のもう一方の端部は、ギア機構６２に連結している。図６では、補助駆動シャフト６４と同軸に配置された高圧圧縮機（ＨＰＣ）隙間駆動タワーシャフト６０が図示されている。別の実施例においては、他のタワーシャフトの配列を用いてもよい。ギア機構６２は、回転運動を直線運動に変換するメカニズムにより（１つまたは複数の）ロータアッセンブリ３０に連結している。例えば、所望の直線運動を生じさせるために、ねじ機構を用いることができる。ねじ機構の実施例については、以下に説明する。しかし、本発明は、回転運動および直線運動を用いる機構（装置）に限定されない。ある用途においては、リニアアクチュエータを用いることができる。
【００２２】
図６および図７に示された実施例においては、ギア機構６２は、隙間駆動タワーシャフト６０に取り付けられた第１のかさ歯車（ベベルギア）６６と、ねじ機構の一形式であるボールねじ型アクチュエータ７０に取り付けられた第２のかさ歯車６８と、を備える。ボールねじアクチュエータ７０は、高圧圧縮機２６のロータアッセンブリ３０と連結している。具体的には、ボールねじアクチュエータ７０は、第１の部材７４と第２の部材７６との間に設けられた複数の玉軸受（ボールベアリング）７２を備える。第１の部材７４は、第２のかさ歯車６８に取り付けられているとともに、ケーシングベアリング８０を介してシュラウド５２を備えたケーシング７８に取り付けられている。第１の部材７４は、ケーシングベアリング８０の玉軸受８４を受ける外径周方向溝部８２と、ボールねじアクチュエータ７０の玉軸受７２を受ける内径らせん溝部８６と、を備える。同様に、ボールねじアクチュエータ７０の第２の部材７６は、シャフトベアリング９２の玉軸受９０を受ける内径周方向溝部８８と、ボールねじアクチュエータ７０の玉軸受７２を受ける外径らせん溝部９４と、を備える。ボールねじアクチュエータ７０が組み立てられると、第１の部材７４および第２の部材７６のらせん溝部８６，９４は、互いに向き合って、ボールねじアクチュエータ玉軸受７２用のらせん状の通路を共に形成する。ボールねじアクチュエータ７０の第１の部材７４が回転すると、ボールねじアクチュエータ７０の第２の部材７６（回転しないようにロータアッセンブリ３０に取り付けられている）が、第１の部材７４に対して軸方向に移動する。その結果、第２の部材７６に取り付けられた高圧圧縮機２６のロータアッセンブリ３０も、軸方向に移動する。
【００２３】
別の実施例においては、アクチュエータ５８は、前述したものと同様のモータ５９（例えば、油圧モータ）およびタワーシャフト６０機構を備える。しかし、別の実施例においては、タワーシャフト６０と係合したギア機構６２は、種々の異なったギアの組合せおよびギアの形式（例えば、かさ歯車と平歯車やシャフトなどの組合せ）を備えることができる。例えば、図３および図８に示した実施例には、ベアリング支持部９８に取り付けられた歯車９６が含まれる。ギア機構６２は、ベアリング支持部９８に取り付けられた歯車９６に係合するギア９９を備える。ベアリング支持部９８は、さらに、ケーシング７８のねじ部１０２と嵌合するねじ部１００を備える。モータ５９を介してタワーシャフト６０が回転すると、ケーシング７８に対してベアリング支持部９８が回転する。ケーシング７８とベアリング支持部９８との間のねじ噛合により、回転しているベアリング支持部９８が、軸方向に移動する。その結果、シャフトベアリング９２および取り付けられた高圧圧縮機２６のロータアッセンブリ３０も、軸方向に移動する。
【００２４】
前述のアクチュエータ５８、ギア機構６２およびモータの組合せは、１つまたは複数ロータアッセンブリ３０の軸方向への移動を実現することができる方法を示す実施例であり、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００２５】
図３および図５を参照すると、多くのガスタービンエンジン１０では、コアガス流路の外側においてロータアッセンブリ３０とステータアッセンブリ２８との間をシールするナイフエッジシール機構１０４が用いられている。通常、ナイフエッジシールアッセンブリ１０４は、ロータアッセンブリディスク３４のウエブ４０やリム３８から外側に延びているフランジに取り付けられたナイフエッジ部１０６を備える。摩耗性パッド１０８が、ステータアッセンブリ２８に取り付けられているとともに、（１つまたは複数の）ナイフエッジ部１０６に対向して配置されている。従来技術の用途においては、ナイフエッジ部１０６は、エンジン１０の運転中、摩耗性パッド１０８内をチャネル（溝）状に削ることが許容される。チャネル（溝）は、ナイフエッジ部１０６と半径方向に並んでいる。チャネルの深さは、摩耗性パッド１０８に対してナイフエッジ部１０６が半径方向に最大限に侵入することにより規定される。最大のチャネルの深さが形成されると、前述の最大限の侵入に満たないあらゆる半径方向の位置（部分出力運転時など）においては、ナイフエッジ部１０６と摩耗性パッド１０８との間で空気の漏洩が生じる。
【００２６】
本発明においては、コアガス流路の外側で、ロータアッセンブリ３０とステータアッセンブリ２８との間をシールするようにナイフエッジシールアッセンブリ１０４を用いることが許容される。しかし、本発明においては、ナイフエッジ部１０６と摩耗性パッド１０８との間のシールは、ナイフエッジ部１０６を摩耗性パッド１０８に対して半径方向に最大限に侵入させることによって規定されるのではない。代わりに、本発明では、予備成形されたチャネル１１０を有する摩耗性パッド１０８を用いる。チャネル１１０は、ナイフエッジ部１０６の位置に適応するような輪郭を備える。図５では、所定の形状を有するチャネル１１０を備えた摩耗性パッド１０８が図示されている。チャネル１１０の形状により、ナイフエッジ部１０６と摩耗性パッド１０８との間の半径方向のギャップは、ナイフエッジ部１０６と摩耗性パッド１０８との間の相対的な軸方向の位置に基づいて変化する。最適なチャネル１１０の幾何学形状は、所定の用途の分析により確定され得る。例えば、チャネル１１０の一方の側に隣接して、第１の半径方向のギャップを設けることができ、異なった運転条件に適応するように、チャネル１１０の反対側に第２の半径方向のギャップを設けることができる。種々の運転条件に適応する種々のチャネル１１０の幾何学形状が可能であり、本発明のシール機構は、特定のチャネル１１０の幾何学形状に限定されない。
【００２７】
図４を参照すると、本発明のいくつかの実施例において、センサ機構１１６を用いて、ブレード先端隙間を積極的に制御することができる。例えば、マイクロ波センサを用いて、ロータブレード先端部４２とシュラウド５２との間の隙間ギャップを測定することが周知である。本発明では、以下に説明するように、センサを用いて測定された情報に基づいて、ロータアッセンブリ３０のブレード先端部４２とシュラウド５２のブレードシール面５４との間の隙間ギャップを修正することができる。
【００２８】
本発明の運転中、高圧圧縮機２６のロータアッセンブリ３０は、所望のブレード先端４２／シュラウド５２の隙間をもたらす最初の軸方向位置に位置している。ガスタービンエンジン１０の運転条件が、第１の運転条件（例えば、定常状態のアイドリング状態）から第２の運転条件（例えば、離陸のための加速状態）に変化したほぼ直後に、ロータブレード先端部４２とシュラウド５２との間の隙間が変わり始める。エンジン１０が新たな運転条件における定常状態に達するまで、隙間は変わり続ける。隙間が完全に変わるのに必要な時間は、用いるガスタービンエンジン１０の細目、および第１の運転条件と第２の運転条件との間の変化の大きさに応じて異なる。
【００２９】
ロータブレード先端部４２とシュラウド５２との間の隙間の変化に応じるために、本発明のブレード先端隙間装置が起動され、シュラウド５２ないしロータアッセンブリ３０の一方または両方を、それらの残りの一方に対して動かす。前述の実施例においては、高圧圧縮機２６のロータアッセンブリ３０をシュラウド５２のブレードシール面５４に対して動かして、隙間距離５６を増加あるいは減少させる。
【００３０】
本発明のブレード先端隙間装置の利点は、ブレード先端隙間距離５６を変化させることができる速度である。本発明の装置では、所望の隙間状態を形成するように熱膨張（または熱収縮）する要素に対して冷却空気を用いるのではない。熱膨張／熱収縮は、比較的遅い処理である。それに対して、本発明の装置では、機械的なアクチュエータ５８を用いて、シュラウド５２ないしロータアッセンブリ３０の一方を、他方に対して動かす。したがって、ブレード先端隙間を変えることができる速度は、アクチュエータ５８の動作速度によって定まる。
【００３１】
センサ１１６を用いてブレード先端部とシュラウド５２との隙間を検知する実施例においては、センサ信号を入力データとして用いて、本発明の装置のアクチュエータ５８を制御することができる。検知データを収集する速度は、用いる用途に適応するように変更され得る。例えば、設定された間隔で検知データを収集し、次いで、そのデータを用いて、必要に応じて隙間を調節することができる。別の実施例においては、ある特定の事象が生じた場合、あるいはある事象の要因および周期的な収集の組合せにより、センサ１１６を起動することができる。いずれ場合にも、検知データが収集されると、ブレード先端／シュラウド隙間５６を必要に応じて調節するための入力データとしてそのデータを用いることができる。
【００３２】
例えば、所定の運転条件の設定に対する所望のブレード先端／シュラウド隙間距離５６を、検知された実際の隙間の値と比較して、これら隙間の差を決定することができる。その差が、所定の許容できる範囲を超えている場合は、アクチュエータ５８を選択的に運転させて、シュラウド５２または（１つまたは複数）ロータアッセンブリ３０の一方を、これらの残りの一方に対して軸方向に動かし、ブレード先端隙間距離５６を許容できる範囲内まで減少させることができる。
【００３３】
別の実施例においては、計器を用いて一連のエンジン試験を行い、エンジンの軸方向および半径方向の隙間特性を確定することができる。収集されたデータにより、アクチュエータの制御アルゴリズムの基準が提供される。
【００３４】
詳細な実施例に関して本発明の図示、説明がなされた。しかし、本発明の精神および範囲を逸脱することなく形態および詳細において種々の変更がなされることが、当業者であれば理解できるであろう。例えば、本発明は、ガスタービンエンジン１０の圧縮機内におけるブレード先端隙間を制御する方法および装置について説明してきたが、ガスタービンエンジン１０のタービン内におけるブレード先端隙間を制御するためにも、本発明を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】典型的な従来技術のエンジンにおける時間の関数としてブレード先端／シュラウド隙間を示すグラフ。
【図２】ガスタービンエンジンの概略的断面図。
【図３】複数の段を有する高圧圧縮機の概略的断面図。
【図４】ブレード先端部とシュラウドシール面の概略図。
【図５】ナイフエッジ部および摩耗性パッドを有するナイフエッジシールの概略図。
【図６】モータ、タワーシャフト、ギア機構およびアクチュエータの実施例の概略図。
【図７】図６に図示されたものと同様のボールねじアクチュエータの分解図。
【図８】モータ、タワーシャフト、ギア機構およびアクチュエータの実施例の概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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